Après une opération dans la cavité abdominale, elles sont particulièrement redoutées : les fuites au niveau des sutures, par lesquelles le contenu du tube digestif s'écoule dans la cavité abdominale. "Aujourd'hui encore, de telles fuites représentent une complication potentiellement mortelle", explique Inge Herrmann, chercheuse à l'Empa et professeure à l'ETH Zurich pour les systèmes nanoparticulaires. L'idée de sceller ensuite les tissus suturés dans la cavité abdominale avec un pansement a certes déjà fait son chemin dans la salle d'opération. Problème : le succès clinique n'est pas toujours optimal et varie en fonction des tissus collés. En effet, les pansements composés d'un matériau contenant des protéines se dissolvent trop rapidement au contact des sucs digestifs. Dans le cadre d'une coopération de longue date, Inge Herrmann et Andrea Schlegel, chirurgienne à l'Hôpital universitaire de Zurich, ont donc poursuivi l'idée de trouver une solution innovante à ce problème.

Le matériau synthétique en hydrogel est composé de quatre substances acryliques différentes. Image : Empa

Alexandre Anthis, du laboratoire "Particles-Biology Interactions" de l'Empa à Saint-Gall et du laboratoire "Nanoparticle Systems Engineering" de l'ETH Zurich, a donc d'abord développé, sous la direction d'Inge Herrmann, un pansement en hydrogel-polymère qui empêche les sucs digestifs très acides et les résidus alimentaires chargés de germes de s'échapper du canal intestinal et de déclencher une péritonite, voire une septicémie (empoisonnement du sang) potentiellement mortelle.

Mais les chercheurs ont voulu aller encore plus loin : "Les chirurgiens nous ont rapporté qu'ils avaient certes une vue précise du champ opératoire pendant une intervention, aussi compliquée soit-elle, mais qu'une fois la cavité abdominale fermée, ils étaient "aveugles" et ne remarquaient éventuellement les fuites que lorsqu'il était trop tard", explique Alexandre Anthis. Pour que le pansement hydrogel "apprenne à voir", l'équipe a donc élaboré une solution en collaboration avec des hôpitaux en Suisse et des partenaires de recherche internationaux : Le pansement est équipé de capteurs non électroniques qui "donnent l'alerte" avant même que les sucs digestifs ne s'écoulent dans la cavité abdominale. Les chercheurs ont publié un article sur cette nouvelle technologie dans la célèbre revue "Nature Communications".

Le nouveau matériau obtient sa "vision" grâce à une réaction sensible aux modifications du pH et à la présence de certaines protéines dans l'environnement de la plaie. Selon la localisation de la fuite, la réaction se produit en quelques minutes ou en quelques heures. Jusqu'à présent, le personnel de santé devait se fier à des réactions physiques nettement plus tardives des personnes concernées ou à des tests de laboratoire - ces deux indices fournissant parfois trop tard une indication claire de la présence d'une suture non étanche.

En revanche, le patch capteur permet, grâce à sa structure composite, de détecter le liquide digestif qui s'échappe en cas de fuite. Le suc gastrique acide, par exemple, réagit avec le matériau du capteur, de sorte que de très fines bulles de gaz apparaissent dans la matrice du patch. Ces bulles peuvent ensuite être rendues visibles par ultrasons. "Les patchs peuvent être équipés de capteurs sur mesure pour différents endroits du tube digestif", explique Alexandre Anthis. En outre, le patch peut même libérer des médicaments, par exemple des agents antibactériens, si nécessaire.

Dans la dernière étape de développement, Benjamin Suter, chercheur à l'Empa et à l'ETH Zurich, a doté le patch de capacités supplémentaires en collaboration avec Anthis et Herrmann : La réaction du capteur s'enrichit d'une modification visible lors d'examens du patient par tomodensitométrie (TDM). Si la zone opérée n'est pas étanche, les variations de contraste sur les images échographiques et tomodensitométriques indiquent une fuite. Cette détection est en outre facilitée par la nouvelle composition du matériau du capteur intégré qui, grâce à un composé d'oxyde de tantale insoluble, peut être mis en forme de manière à attirer l'attention dans les procédés d'imagerie. Au contact du liquide digestif, il change de forme, passant par exemple de circulaire à annulaire. "Un capteur dont la forme se distingue clairement des structures anatomiques sur les images de scanner et les échographies pourrait à l'avenir éviter toute ambiguïté dans le diagnostic", explique Inge Herrmann, chef d'équipe.

L'équipe de chercheurs fonde actuellement la start-up "Veltist". Spin-off de l'ETH Zurich et de l'Empa, la future entreprise de technologie médicale veut développer et commercialiser des matériaux qui, en chirurgie, contribueront à une fermeture optimale des plaies et à une meilleure guérison, et aideront ainsi à éviter les complications redoutées d'une septicémie ou d'une péritonite. En plus du "MaP 2022 Award" de l'ETH Zurich pour la meilleure thèse de doctorat dans le domaine "Materials and Processes", Alexandre Anthis a également reçu l'une des très convoitées "ETH Pioneer Fellowships", ainsi que le prix de recherche Empa 2021. 
Image: Empa / Schwarz Pictures